KR100201200B1 - 비가역 회로 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직류 자기장의 평행도 및 자기장 분포를 열화시키지 않으면서 저렴하게 제조되며 경량이 되게 배열된 비가역 회로 소자를 제공한다. 비가역 회로 소자는 인덕턴스 성분으로서의 기능이 있는 다수의 전극 선로가 전기적 절연 상태이면서 선로들 사이에 소정의 각도를 형성하여 서로 교차되도록 위치되는 중심 전극부를 지닌 페라이트 부재를 포함하는 서큘레이터가 될 수 있다.
이 서큘레이터에서, 페라이트 부재보다 높은 투자율을 지닌 자성 재료로 제조된 자기 부재는 페라이트 부재의 하면과 일체형으로 형성된다.
페라이트 부재는 또한 커패시턴스 성분으로서의 기능이 있는 전극 선로의 입출력 포트에 접속된 정합용 용량 전극을 지닌다. 중심 전극부 및 정합용 용량 전극은 페라이트 부재 내에 합치된다. 영구 자석은 또한 페라이트 부재의 중심 전극부의 교차부에 직류 자기장을 가하도록 제공된다.
Description
본 발명은 마이크로파대에서 사용되는 전자 부품에 관한 것으로, 특히 아이솔레이터 또는 서큘레이터와 같은 비가역 회로 소자에 관한 것이다.
마이크로파대에서 사용되는 집중 정수형(定數型) 아이솔레이터 및 서큘레이터는 필요한 전송 방향으로만 신호의 통과를 허용하고, 역방향으로는 정지시키는 기능을 지니고 있다. 예를 들어, 이러한 장치는 휴대용 전화 시스템과 같은 이동 통신 장치에 사용하는 것이 적합하다.
도 15 및 16은 이러한 서큘레이터의 한 예를 도시한다. 도 15 및 16에 도시된 서큘레이터(50)의 구성을 하술한다. 단자(57)가 끼워진 수지 블록(53)은 페라이트 부재(52)의 하면 아래에 위치된다. 세 개의 중심 전극(51a, 51b, 51c)과 정합용 용량 전극(도면에 도시되지 않음)은 페라이트 부재 내에 합치된다. 그리고, 영구 자석(54)은 페라이트 부재(52)의 상면 상에 배치된다. 이 구성 성분들은 금속 케이스 부재(55) 및 (56)의 상면과 하면 사이에 수납된다.
서큘레이터의 또 다른 예를 도 13 및 14에 도시한다. 이 서큘레이터(60)에서, 페라이트 부재(61)는 한 쌍의 돌출부(61a)를 지니고, 중심 전극(51a∼51c)에 접속된 단자 전극(62)은 돌출부(61a)의 바닥면 상에 형성된다. 이러한 구조에 따르면, 이전 실시예에서 사용되었던 수지 블록(53) 및 금속 단자(57)가 필요없게 되므로, 저가로 설계될 수 있고 서큘레이터 작동의 신뢰성도 향상된다.
도 12는 상술한 서큘레이터(50) 및 (60)의 등가 회로 다이어그램이다. 정합 용량(C1∼C3)은 인덕턴스 성분으로서의 기능이 있는 중심 전극(51a∼51c)의 입출력 포트(P1∼P3)에 접속되고, 직류(直流) 자기장(H)을 페라이트 부재(52) 또는 (61)에 가한다.
페라이트 부재(52) 또는 (61)에 가한 직류 자기장의 평행도를 높이고, 페라이트부재에서의 자기장 분포를 보다 균일화시키며, 자기장의 누설을 감소시키기 위해서, 종래에는 폐자기장이 페라이트 부재(52) 또는 (61)의 하면 아래에 하단 케이스 부재(56)를 위치시키고, 하단 케이스 부재(56)에 상단 케이스 부재(55)를 접속시킴으로써 형성되었다. 케이스 부재(55) 및 (56)은 철과 같은 금속으로 제조되는 것이 바람직하다.
특히, 상술한 종류의 이동 통신 장치에 사용되는 비가역 회로 소자는 소형화, 경량화 및 제조가의 절감이 요구되고 있다. 그러나, 상술한 비가역 회로 소자는 폐자로를 형성하는 상하 케이스 부재를 사용하는 구조가 필요하다. 수지 블록(53) 아래의 하단 케이스를 보호하면서 하단 케이스가 금속 단자(57)로부터 절연을 유지하도록, 수지 블록(53)의 하부를 오목 형상으로 형성시키는 것이 필요하다. 그 결과, 제조가가 상승된다.
또한, 구성 성분의 개수가 증가함에 따라 제조가도 상승한다는 사실을 고려해야 한다.
또한, 종래의 비가역 회로 소자에 따르면, 수지 블록(53)과 하단 케이스 부재(56) 사이의 공기층은 자기장 분포의 균일도를 감소시키는 비자기장 형성의 원인이 되었다.
또한, 공기층으로부터 자기장의 누설이 발생할 수 있다. 자기장의 누설은 주변 회로 소자의 작동에 영향을 준다.
본 발명의 목적은 평행도 및 균일도가 높고 자기장의 누설이 적으면서 소형으로 저렴하게 제조될 수 있는 비가역 회로 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1특징에 따르면, 본 발명은 인덕턴스 성분으로서의 기능이 있는 다수의 전극 선로가 전기적으로 서로 절연되면서 선로들 사이에 소정의 각도를 형성하여 서로 교차되도록 위치되는 중심 전극부를 지닌 페라이트 부재를 포함하는 비가역 회로 소자를 제공한다. 자기 부재는 페라이트 부재의 상하면 중에 적어도 한면과 일체형으로 형성되고, 페라이트 부재보다 높은 투자율을 지닌 자성 재료로 제조되는 절연체이다.
페라이트 부재는 또한 커패시턴스 성분으로서의 기능이 있는 전극 선로의 입출력 포트에 접속되는 정합용 용량 전극을 지닌다. 상기 중심 전극부 및 정합용 용량 전극은 페라이트 부재의 한 주면 상에 또는 페라이트 부재 내에 형성된다. 영구 자석은 페라이트 부재의 중심 전극부의 교차부에 직류 자기장을 가한다.
상술한 비가역 회로 소자에서, 본 발명의 제 2특징에 따르면, 전극 선로의 입출력 포트에 접속되는 단자 전극은 자기 부재의 적어도 한 표면 상에 형성된다.
상술한 비가역 회로 소자에서, 본 발명의 제 3특징에 따르면, 페라이트 부재, 영구 자석 및 자기 부재는 페라이트 부재보다 투자율이 높은 자성 재료로 형성된 자성체 요크(yoke)의 어셈블리 내에 위치된다.
본 발명의 또 다른 특징 및 잇점은 도면이 참조된 발명의 하술에 의해 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 양태를 나타내는 서큘레이터의 분해 시시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 서큘레이터의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 서큘레이터의 조립된 상태에서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 양태를 나타내는 서큘레이터를 도시하는 다이어그램이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 또 다른 양태를 나타내는 서큘레이터를 도시하는 다이어그램이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 또 다른 양태를 나타내는 서큘레이터를 도시하는 다이어그램이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 또 다른 양태를 나타내는 서큘레이터를 도시하는 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 양태의 잇점을 입증시켜 주는 실험 결과를 보여주는 특성 다이어그램이다.
도 9는 실험 결과를 보여주는 특성 다이어그램이다.
도 10은 실험 결과를 보여주는 특성 다이어그램이다.
도 11은 실험 결과를 보여주는 특성 다이어그램이다.
도 12는 종래 서큘레이터의 등가 회로 다이어그램이다.
도 13은 본 발명이 수행되는 배경을 설명하는 종래 서큘레이터의 분해 시시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 서큘레이터의 사시도이다.
도 15는 종래 서큘레이터의 또 다른 분해 사시도이다.
도 16은 도 15에 도시된 종래 서큘레이터의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 비가역 회로 소자 3 : 영구 자석
4 : 페라이트 부재 5 : 중심 전극부
5a∼5c : 전극 선로 6, 10, 13, 14 : 자기 부재
7 : 단자 전극 11, 12 : 자성체 요크
C : 정합용 용량 전극 P1∼P3 : 입출력 포트
본 발명의 양태는 도면을 참조하여 후술한다.
도 1∼3을 참조하면, 본 발명의 양태를 나타내는 집중 정수형 서큘레이터(1)는 상자 형상의 철제 케이스(2), 철제 케이스(2)의 내면 아래에 위치되는 디스크 형상의 영구 자석(3), 및 영구 자석(3)의 하면 아래에 위치되는 직사각주 형상의 페라이트 부재(4)를 지닌다. 직류 자기장은 영구 자석(3)으로부터 페라이트 부재(4)까지, 즉 이트륨 철 가닛(yttrium iron garnet: YIG) 또는 칼슘 바륨 가닛(calcium badium garnet: CaBaG)에 가해진다.
페라이트 부재(4)는 중심 전극부(5)를 내부에 지닌다. 중심 전극부(5)는 인덕턴스 성분으로서의 기능이 있는 세 개의 전극 선로(5a∼5c)가 전기적 절연 상태에 유지되면서 선로 각각의 쌍 사이에 120°를 형성함으로써 서로 교차되도록 위치되는 구조를 지닌다. 전극 선로(5a∼5c)의 입출력 포트(P1∼P3)에 접속되는 정합용 용량 전극(C)도 또한 페라이트 부재(4) 내에 합치된다. 입출력 포트(P1∼P3) 및 전극 선로(5a∼5c)의 접지 도체(G1∼G3)는 페라이트 부재(4)의 하면에 도출되도록 연장된다.
상술한 중심 전극부(5)는 공동이 페라이트 부재(4) 내에 형성되고, 전극 선로(5a∼5c) 및 용량 전극(C)이 공동 내에 형성되는 공동 구조를 지닌다. 상술한 페라이트 부재의 구조를 대체할 수 있는 구조로서, 전극 선로(5a∼5c)가 상술한 페라이트 부재의 상면 또는 하면 상에 패턴됨으로써 형성되는 구조나; 상술한 페라이트 부재(4)가 다수의 페라이트 시트로 구성되고, 전극 선로(5a∼5c)는 페라이트 시트 상에 형성되며, 페라이트 시트는 페라이트 부재로부터 일체적으로 형성되도록 서로 겹쳐지는 구조가 사용될 수 있다.
직사각주 형상인 자기 부재(6)는 페라이트 부재(4)와 일체형이 되도록 페라이트 부재(4)의 하면에 접속된다. 이 경우에, 일체라는 말은 부재들이 원료를 적층시키고 적층된 원료를 소성시킴으로써 접속된다는 것을 의미한다. 이 의미에 따르면, 어떠한 공기층도 부재들 사이에 끼어들 수 없게 된다. 자기 부재(6) 및 상단 케이스 부재(2)는 자기 페회로를 형성한다. 자기 부재(6)는 페라이트 부재(4)보다 높은 투자율을 지닌 자성 재료로 형성된다. 그리고, 페라이트 부재는 절연재로 제조된다. 예를 들어, Ni Zn 페라이트 또는 Mn Zn 페라이트를 사용할 수 있다. 보다 상세히하면, 약 수백의 투자율을 지닌 자성 재료를 사용한다. 이러한 투자율은 YIG(투자율: 1.5∼2) 또는 CaBaG(투자율: 1.5∼2)의 투자율보다 충분히 높다. 단자 전극(7)은 자기 부재(6)의 대향하는 측면 상에 형성된다. 입출력 포트(P1∼P3) 및 접지 도체(G1∼G3)는 단자 전극(7)에 접속된다.
상기 양태의 작동 및 잇점을 후술한다.
상술한 서큘레이터(1)에서, 페라이트 부재(4)보다 높은 투자율을 지닌 자기 부재(6)는 페라이트 부재(4)와 일체형이 되도록 페라이트 부재(4)의 하면에 접속된다. 자기 부재(6)를 사용함으로써, 영구 자석(3)으로부터의 직류 자기장의 평행도는 향상될 수 있고, 페라이트 부재(4)에서의 자기장은 균일한 분포가 될 수 있다. 또한, 자기장의 누설을 막을 수 있는 폐자로는 자기 부재(6) 및 철제 케이스 부재(2)에 의해 형성될 수 있다. 그 결과, 종래의 배열에서 사용되어 필요했던 하단 케이스 부재를 제거할 수 있게 되어, 원하는 비가역 특성을 유지하게 된다. 따라서, 구성 성분의 개수를 줄일 수 있으므로, 경량화뿐만 아니라 제조가의 절감도 이룰 수 있다.
단자 전극(7)이 자기 부재(6) 상에 형성되므로, 종래의 배열에서 필요했던 수지 블록도 또한 제거될 수 있어서, 제조가의 절감을 이루게 된다. 자기 부재(6)의 두께는 필요한 값, 즉 종래의 배열에서 하단 케이스 부재의 두께와 실질적으로 동일한 값으로 설정될 수 있으므로, 전체적으로 소형으로 설계할 수 있게 된다.
상술한 자기 부재(6)는 또한 서큘레이터(1)의 온도 보상 소자로서의 기능을 갖을 수 있으므로, 온도 특성의 약화를 막을 수 있다.
본 발명의 양태는 자기 부재(6)가 페라이트 부재(4)와 일체형이 되도록 페라이트 부재(4)의 하면 아래에 형성되는 케이스에 대해 기술하였다. 그러나, 본 발명이 상기 배열에만 제한되는 것은 아니다. 도 4∼7은 본 발명의 또 다른 양태를 도시한다. 이 도면에서, 도 3에 도시된 구성 성분에 해당하거나 동일한 구성 성분은 동일한 참조 번호로 나타낸다.
도 4는 제 1자기 부재(6)가 페라이트 부재(4)의 하면과 일체형으로 형성되고, 제 2자기 부재(10)가 페라이트 부재(4)의 상면과 일체형으로 형성되는 양태를 도시한다. 이 양태에서, 자기 부재(6) 및 (10)이 페라이트 부재(4)의 두 개의 표면과 일체형으로 형성되므로, 직류 자기장의 평행도 및 자기장 분포가 또한 향상될 수 있다.
도 5a는 자기 부재(6)가 페라이트 부재(4)의 하면과 일체형으로 형성되고, 영구 자석(3)이 페라이트 부재(4)의 상면에 일체형으로 접속되는 양태를 도시한다. 도 5b는 자기 부재(6) 및 (10)이 페라이트 부재(4)의 상하면 각각과 일체형으로 형성되고, 영구 자석(3)이 자기 부재(10)의 상면에 일체형으로 접속되는 양태를 도시한다. 이 양태에서, 영구 자석(3)이 페라이트 부재(4)에 일체형으로 접속되므로, 구성 성분의 개수를 줄일 수 있어, 또한 제조가를 절감할 수 있고, 구성 성분 조립의 용이성을 향상시킬 수 있다.
도 6a는 상단 요크(11) 및 하단 요크(12)가 페라이트 부재보다 높은 투자율을 지닌 자성 재로로 형성되고, 영구 자석(3), 페라이트 부재(4) 및 자기 부재(6)는 상하단 요크(11) 및 (12)에 의해 형성된 공간에 수납되는 양태를 도시한다. 도 6b는 영구 자석(3), 페라이트 부재(4) 및 자기 부재(6, 10)가 동일한 상하단 요크(11) 및 (12)에 의해 형성된 공간에 수납되는 양태를 도시한다. 이 양태에서, 자기 폐회로가 상하단 요크(11) 및 (12)에 의해 형성되므로, 필요했던 상하단 철제 케이스를 제거할 수 있게 되어, 제조가를 또한 절감할 수 있게 된다.
도 7a는 페라이트 부재(4)보다 작은 자기 부재(13)가 페라이트 부재(4)의 하면과 일체형으로 형성되는 양태를 도시하고, 도 7b는 페라이트 부재(4)보다 큰 자기 부재(14)가 페라이트 부재(4)의 하면과 일체형으로 형성되는 양태를 도시한다. 상술한 페라이트 부재, 자기 부재 및 영구 자석 각각의 형상은 특별히 제한되지 않고, 이 부재들은 원형 또는 다각형의 형상같은 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다.
본 발명의 양태는 실시예에 의해 세 포트의 서큘레이터에 대해 기술하였다. 그러나, 본 발명은 종단 저항기가 한 개의 포트에 접속되는 아이솔레이터에도 또한 적용될 수 있다. 또한, 이러한 적용에서도 본 발명은 상술한 잇점과 동일한 잇점을 얻을 수 있다.
도 8∼11은 본 발명의 상술한 양태에 대한 잇점을 입증시켜 주는 예의 결과를 도시한다.
이 실시예에서, 상술한 양태를 나타내며, 상술한 페라이트 부재의 하면과 일체형으로 형성되는 자기 부재(투자율: 100)를 지니는 서큘레이터를 시험하였다; 이 서큘레이터의 자기장 분포 및 자기장 곡선을 측정하였다(도 8 및 9 참조). 자기장 곡선은 페라이트 부재의 하면에 해당하는 위치(0)로부터 두께 방향으로 떨어져서 0.1㎜, 0.5㎜ 및 0.9㎜ 각각의 위치인 A', B' 및 C'에서의 자기력을 측정하여 얻었다. 철제 케이스의 두께 및 내부 직경은 0.2㎜ 및 3㎜로 각각 설정되었고, 영구 자석 및 페라이트 부재의 두께는 1.0㎜로 설정되었다. 페라이트 부재의 하면 아래에철제 하단 케이스 부재(투자율: 약 10000)를 위치시킴으로써 구성되는 종래의 서큘레이터는 비교예로서 제공되었고, 동일한 조건하에서 측정되였다(도 10 및 11 참조).
그래프 및 다이어그램으로부터 확실해진 것처럼, 본 발명의 양태에 따른 서큘레이터는 평행도 및 자기장 분포 각각이 종래의 서큘레이터와 일반적으로 동일하고, 페라이트의 자기장 곡선에 대해서도 실질적으로 동일한 특성을 지닌다. 따라서, 페라이트 부재에서의 자기장의 강도 및 분포는 종래의 철제 케이스 부재 대신에 자기 부재를 사용할 때에도 실질적으로 변하지 않고, 본 발명에 따른 서큘레이터의 자기 회로 형성시에도 어떠한 문제도 발생시키지 않게 된다.
그러나, 공기층으로 인한 자기장 및 비자기장의 누설을 고려하면, 본 발명의 비가역 회로 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 것처럼, 본 발명의 제 1특징에 따라 제공된 비가역 회로 소자에서, 페라이트 부재보다 높은 투자율을 지닌 자기 부재가 페라이트 부재의 상하면 중에 적어도 한면과 일체형으로 형성되므로, 평행도 및 균일도가 높고, 자기장의 누설이 적은 비가역 회로 소자를 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 제 2특징에 따라 제공된 비가역 회로 소자에서, 전극 선로의 입출력 포트에 접속되는 단자 전극은 자기 부재의 표면 상에 형성되므로, 종래에 필요했던 수지 블록을 제거할 수 있게 되어, 접속수를 줄일 수 있게 된다. 따라서, 그 결과 가격 감소를 이룰 수 있게 된다.
본 발명의 제 3특징에 따라 제공된 비가역 회로 소자에서, 페라이트 부재, 영구 자석 및 자기 부재는 페라이트 부재보다 높은 투자율을 지닌 자성 재료로 제조되고 자기 폐회로를 형성하는 요크의 어셈블리 내에 위치된다. 이 경우에, 필요했던 상하 철제 케이스 부재를 제거할 수 있게 되어, 또한 제조가를 절감할 수 있는 효과가 발생한다.
상술한 바와같이, 본 발명을 본 발명의 특정한 양태에 대해서 기술하였지만, 다른 다양한 변화, 변형 및 용도 등이 본 기술 분야의 전문가에게는 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 상술한 특정의 양태로 한정되는 것이 아니며, 다른 다양한 변화, 변형 및 그 밖의 용도등도 포함되는 것으로 인지되어야 할 것이다.
Claims (3)
- 인덕턴스 성분으로서의 기능이 있는 다수의 전극 선로가 전기적 절연 상태에 유지되면서 선로들 사이에 서로 소정의 각도를 형성시켜 서로 교차되도록 위치되는 중심 전극부를 지니며, 또한 커패시턴스 성분으로서의 기능이 있는 상기 전극 선로의 입출력 포트에 접속되는 정합용 용량 전극을 지니는 페라이트 부재, 상기 페라이트 부재의 중심 전극부의 교차부에 직류 자기장을 가하는 영구 자석 및 상기 페라이트 부재의 상하면 중에 적어도 한면과 일체형으로 형성되며, 페라이트 부재보다 높은 투자율을 지닌 자성 재료로 제조되고, 절연체인 자기 부재를 포함함을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
- 제 1항에 있어서, 전극 선로의 입출력 포트에 접속되는 단자 전극이 자기 부재의 적어도 한면에 형성됨을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
- 제 1항 또는 2항에 있어서, 페라이트 부재, 영구 자석 및 자기 부재가 페라이트 부재보다 투자율이 높은 자성 재료로 형성된 자성체 요크의 어셈블리 내에 위치됨을 특징으로 하는 비가역 회로 소자.
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